Bestämning av friktionskoefficienten (vidhäftning/glidfriktion)

Friktionskoefficienten är ett grundläggande begrepp inom fysiken som mäter hur mycket två ytor motstår glidning mot varandra. Det är ett dimensionslöst tal som representerar förhållandet mellan friktionskraften och normalkraften som pressar ytorna mot varandra.

Det finns två huvudtyper av friktionskoefficienter:

Statisk friktionskoefficient: Detta gäller när ytor inte rör sig i förhållande till varandra (i vila). Den är generellt högre än det kinetiska värdet. Den statiska friktionskraften är inte konstant; den är justerad till ett maximalt värde. Därför behövs mer kraft för att börja flytta en tung låda än för att hålla den i rörelse.
Kinetisk (eller glidande) friktionskoefficient: Detta gäller när ytor redan glider i förhållande till varandra. Friktionskraften är ungefär konstant. Vanligtvis är den kinetiska (eller glidande) friktionskoefficienten lägre än den statiska friktionskoefficienten (vanligtvis med 10–30 procent), så föremål tenderar att accelerera något lättare när rörelsen väl har börjat.

Koefficienterna varierar beroende på ytjämnhet, renhet, smörjning, temperatur och hastighet. Värdena är ungefärliga och kan variera avsevärt under faktiska förhållanden. Här är typiska intervall (torra ytor om inget annat anges):

Is på is eller teflon på teflon: Friktionskoefficient 0,04–0,1 (mycket hal)
Stål mot stål (torrt): Statisk friktionskoefficient 0,7–0,8, kinetisk friktionskoefficient 0,4–0,6
Torr betong på gummi (som bildäck): Statisk friktionskoefficient 0,8–1,0, kinetisk friktionskoefficient 0,6–0,8
Trä mot trä: Statisk friktionskoefficient 0,4–0,6, kinetisk friktionskoefficient 0,2–0,4
Metall-mot-metall (smord): Kinetisk friktionskoefficient kan reduceras till 0,05-0,15.

Friktion är förvånansvärt komplex på mikroskopisk nivå (involverar ytjämnhet, vidhäftning och ibland smörjfilmer), så verkliga värden kräver ofta experimentell mätning snarare än att enbart förlita sig på tabeller.

Friktionskoefficienten förklarar vardagliga fenomen, från hur skor greppar marken och hur bromsar fungerar, till hur smörjmedel minskar slitage i motorer och varför vissa material skapar bra halkfria ytor.

Friktionskoefficienten mäts med olika experimentella metoder i precisa, standardiserade laboratorieprocedurer. Valet beror på materialet (t.ex. plast, metall, papper, golv, gummi), om statiska eller kinetiska värden behövs och den erforderliga noggrannheten.

Lutande planmetod (vanlig i laboratorier): Denna metod är ett av de enklaste och mest klassiska sätten att mäta statisk friktionskoefficient. Ett block eller föremål placeras på ett plant plan (t.ex. trä, metall eller det aktuella materialet). Planets vinkel ökas gradvis tills föremålet börjar glida. I det ögonblick då glidningen börjar är gravitationskomponenten parallell med planet lika med den maximala statiska friktionskraften. För kinetisk friktion kan vinkeln justeras så att föremålet glider med konstant hastighet (kräver noggrann kontroll eller lätt vibration för att övervinna stick-slip).
Horisontell drag-/slädmetod (den vanligaste industriella metoden): Denna metod utgör grunden för många standarder och använder en viktad släde (eller block) som släpas över en yta. Ett material fästs vid ett fast horisontellt plan och det andra vid en släde med känd vikt. Med hjälp av en kraftmätare, lastcell eller universell testmaskin släpas släden horisontellt med konstant hastighet. Den maximala kraft som krävs för att initiera rörelsen (statisk friktion) och den konstanta kraften under glidning (kinetisk friktion) mäts. Hastigheten kontrolleras vanligtvis (t.ex. 150 mm/min i många standarder). Friktionskoefficienttestmaskiner, friktionstestanordningar eller universella testmaskiner med friktionskoefficientfixturer används i testerna. Denna metod används i två av de mest refererade internationella standarderna:
Standarden ”ASTM D1894 Standardtestmetod för statiska och kinetiska friktionskoefficienter för plastfilmer och -ark” används ofta för förpackningsfilmer, laminat och ark. Släden dras längs ett fast plan eller i motsatt riktning. Denna standard upphävdes senare men refereras fortfarande till den.
Standarden ”ISO 8295 Plaster - Filmer och ark - Bestämning av friktionskoefficienter” liknar ASTM D1894-standarden, men det finns vissa skillnader i provstorlek, fjäderanvändning och procedur. Resultaten är inte direkt jämförbara mellan de två.
Standarden ”TAPPI T 549 Bestämning av statiska och kinetiska friktionskoefficienter för obestruket skriv- och tryckpapper med hjälp av horisontalplanmetoden” beskriver en procedur som tillämpas i ett horisontellt plan för att bestämma de statiska och kinetiska friktionskoefficienterna som mäts när pappret glider över sig självt.
Fjäderbalans/kraftmätningsmetod: Detta är en praktisk variant av horisontell dragning. En fjäderbalans eller digital kraftmätare fästs på objektet. Det dras med konstant hastighet parallellt med ytan. Kraften avläses strax innan rörelsen börjar (statisk) och under den konstanta glidningen (kinetisk). Detta divideras med normalkraften (vanligtvis vikt) för att få friktionskoefficientvärdet. Denna metod är vanlig vid fältinspektioner.
Tribometerbaserade metoder (avancerade/anpassade): Moderna tribometrar ger hög noggrannhet, kontroll över belastning, hastighet, medium (torrt, oljigt, temperatur) och ibland flera passeringar. De har skivformade, kulformade eller linjärt fram- och återgående mekanismer (t.ex. för metaller, beläggningar, polymerer). Bärbara tribometrar används för mark-/vägytor. För skjuvhållfasthet följs standarden "ASTM E303 Standard testmetod för mätning av ytfriktionsegenskaper med hjälp av en engelsk pendeltestare". För våt/torr skjuvning följs standarden "ASTM C1679 Standard praxis för mätning av hydreringskinetiken hos hydrauliska cementblandningar med hjälp av en isotermisk kalorimeter".

För industriella tillämpningar följs standarderna ASTM D1894 eller ISO 8295 med hjälp av en specialiserad anordning för friktionskoefficientmätning för att erhålla tillförlitliga och repeterbara data.

I många år har vår organisation, med sin kompetenta och erfarna personal, förstått sina kunders behov, tillhandahållit de avancerade testtjänster de behöver och hjälpt till med etablering, implementering och förbättring av ledningssystem. Inom detta ramverk tillhandahåller vi även tjänster för att bestämma friktionskoefficienten (adhesion/glidfriktion) till företag.